JP2021076767A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置内のトナー堆積量を適切に検出すること。【解決手段】本発明の一態様に係る画像形成装置は、トナーによる画像を形成する画像形成装置であって、少なくとも２つの電極と、前記電極間の静電容量を検出する静電容量検出部と、前記画像形成装置の状態を検知する装置状態検知部と、前記静電容量と、前記装置状態検知部の出力情報と、に基づき前記画像形成装置の異常を検知する異常検知部と、前記異常が検知されない場合の前記静電容量に基づき、トナー堆積量を検出するトナー堆積量検出部と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置では、装置内でのトナーの飛散により装置内が汚染されたり、飛散したトナーが装置内に堆積し、堆積したトナーの塊が感光体ドラムに落下して印刷物に画像不良が生じたりする場合がある。

また、電子写真方式の画像形成装置では、現像剤容器に対向して設けられた２つの電極間の静電容量を検出することで現像容器内のトナー量を検出する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の装置により画像形成装置内のトナー堆積量を検出すると、静電容量の検出値がトナー堆積量によるものか、又は検出装置の異常によるものかを見分けることができず、画像形成装置内のトナー堆積量を適切に検出できない場合がある。

本発明は、画像形成装置内のトナー堆積量を適切に検出することを課題とする。

本発明の一態様に係る画像形成装置は、トナーによる画像を形成する画像形成装置であって、少なくとも２つの電極と、前記電極間の静電容量を検出する静電容量検出部と、前記画像形成装置の状態を検知する装置状態検知部と、前記静電容量と、前記装置状態検知部の出力情報と、に基づき前記画像形成装置の異常を検知する異常検知部と、前記異常が検知されない場合の前記静電容量に基づき、トナー堆積量を検出するトナー堆積量検出部と、を備える。

本発明によれば、画像形成装置内のトナー堆積量を適切に検出できる。

実施形態の画像形成装置の構成例を示す図である。 実施形態の画像形成装置の作像部の構成例を示す図である。 実施形態の画像形成装置のハードウェア構成例のブロック図である。 画像形成装置内でのトナーの堆積例を説明する図である。 第１実施形態の制御基板の機能構成例のブロック図である。 櫛歯状電極の構成例を示す図である。 トナー堆積量と静電容量との関係例を示す図である。 画像形成装置の異常と静電容量値への影響の関係例を示す図である。 櫛歯状電極と透過型フォトインタラプタの配置例を示す図である。 透過型フォトインタラプタの説明図であり、（ａ）は構成例、（ｂ）はトナー堆積量と透過型フォトインタラプタの出力電圧の関係例の図である。 異常検知方法の説明図であり、（ａ）は印刷枚数と静電容量検出値の関係、（ｂ）は印刷枚数と透過型フォトインタラプタ出力電圧の関係の図である。 制御基板による処理例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

実施形態では、画像形成装置内に設けられた少なくとも２つの電極間の静電容量を検出する静電容量検出部と、画像形成装置の状態を検知する装置状態検知部とを備え、静電容量と装置状態検知部の出力情報とに基づき画像形成装置の異常を検知する。そして異常が検知されない場合の上記の静電容量に基づき、トナー堆積量を検出する。これにより、静電容量の検出値がトナー堆積量によるものか、又は静電容量検出部の異常によるものかを見分け、異常が検知されない場合の静電容量を用いることで、画像形成装置内のトナー堆積量を適切に検出する。

ここで、画像形成装置の状態は、例えば、カバー部の開閉状態、又は画像形成装置に着脱可能に設けられるプロセスカートリッジ等の部材の着脱状態の少なくとも何れか一方である。

以下、タンデム方式といわれる二次転写機構を備える電子写真方式の画像形成装置を一例として、実施形態を説明する。

この画像形成装置は、コピー機能、プリント機能、ファクシミリ機能等を一つの筐体に搭載したＭＦＰ(Multifunction Peripheral/Printer/Product)である。また記録媒体には、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、オーバーヘッドプロジェクターシート（ＯＨＰシート）、カード、ハガキ等の厚紙又は封筒等が挙げられるが、ここでは用紙Ｐを記録媒体の一例として説明する。

＜画像形成装置１００の構成例＞
図１は、実施形態に係る画像形成装置１００の構成の一例を示す図であり、実施形態に係る画像形成装置１００の要部を示す断面図である。図１に示すように画像形成装置１００は、中央に中間転写ユニットを備え、中間転写ユニットは、無端ベルトである中間転写ベルト１０を備えている。中間転写ベルト１０は、３つの支持ローラ１４〜１６に掛け廻され、時計廻りに回動駆動される。

また、画像形成装置１００は、３つの支持ローラ１４〜１６のうちの第２の支持ローラ１５の左方に、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニングユニット１７を備える。

第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５との間に配置された中間転写ベルト１０に対向するようにして、イエロー（Ｙ）の作像部、マゼンタ（Ｍ）の作像部、シアン（Ｃ）の作像部、及びブラック（Ｋ）の作像部から構成される作像部２０が設けられ、各色の作像部が中間転写ベルト１０の移動方向に沿って配置されている。

なお、各色の作像部は、使用するトナーの色が異なる点以外は同様の構成となっている。そのため、説明及び図面では、使用するトナーの色を示す「Ｙ」、「Ｍ」、「Ｃ」、「Ｋ」という添字は適宜省略して説明する。

作像部２０は、各色の感光体ドラム４０と、帯電ローラ１８と、現像ユニットと、クリーニングユニットとを備え、画像形成装置１００に対して着脱可能に装着されている。

画像形成装置１００には、画像形成装置１００の内部を保護するため、前方（紙面の手前側）に傾けて開閉可能なカバー部が設けられている。画像形成装置１００のユーザやメンテナンスを行うサービスマンは、カバー部を開けて画像形成装置１００の内部にアクセスし、作像部２０を画像形成装置１００内の所定箇所に着脱することができる。

この作像部２０は、例えば、感光体ドラム４０の寿命に応じて交換可能プロセスカートリッジドラムユニット（以下、ＰＣＤＵという）である。

また、画像形成装置１００は、作像部２０の上方には、光ビーム走査部２１を備える。光ビーム走査部２１は、各色の感光体ドラム４０に、画像形成のための光ビーム（レーザ光）を照射することで、各色の感光体ドラム４０に画像データに応じた静電潜像を形成することができる。

各色の感光体ドラム４０の静電潜像は現像ユニットにより現像され、現像された各色のトナー像は、中間転写ベルト１０上に重ね合わせされて一次転写される。これにより、中間転写ベルト１０上にカラーのトナー像が形成される。トナー像は、像担持体の一例としての中間転写ベルト１０に担持され、中間転写ベルト１０の移動方向に沿って移動される。なお、作像部２０の構成は、別途、図２を参照して詳述する。

また、画像形成装置１００は、中間転写ベルト１０の下方に２次転写ユニット２２を備えている。２次転写ユニット２２は、２つのローラ２３間に、無端ベルトである２次転写ベルト２４を架け渡し、中間転写ベルト１０を押し上げて第３の支持ローラ１６に押当てるようにして配置されている。２次転写ベルト２４は、中間転写ベルト１０上に形成されたトナー像を、用紙Ｐ上に二次転写させることができる。

さらに、画像形成装置１００は、２次転写装置２２の側方に、定着ユニット２５を備えている。定着ユニット２５は、トナー像が二次転写された状態で搬送されてきた用紙Ｐ上のトナー像を、用紙Ｐに定着させる。定着ユニット２５は、無端ベルトである定着ベルト２６と、加熱ローラと、加圧ローラ２７とを備え、定着ベルト２６及び加圧ローラ２７による熱と圧力とにより、用紙Ｐの表面に転写されたトナー像を用紙Ｐに定着させることができる。

また、画像形成装置１００は、２次転写ユニット２２、及び定着ユニット２５の下方に、表面に画像形成された直後の用紙Ｐの裏面にも画像形成するために、用紙Ｐの表裏を反転させて送り出すシート反転ユニット２８を備えている。

次に、画像形成装置１００において、用紙Ｐ上に画像が形成される一連の流れを説明する。

画像形成装置１００は、操作部（図示を省略）における「コピー」のスタートボタンが押されると、原稿自動搬送部であるＡＤＦ（Auto Document Feeder）４００の原稿給紙台３０上に原稿が載置されている場合には、ＡＤＦ４００に、原稿をコンタクトガラス３２上に向けて搬送させる。一方、原稿給紙台３０上に原稿が載置されていない場合には、コンタクトガラス３２上に手置きされた原稿を読むために、第１キャリッジ３３、及び第２キャリッジ３４を備える画像読み取りユニット３００を駆動させる。

画像読み取りユニット３００において、第１キャリッジ３３に含まれる光源は、コンタクトガラス３２に光を照射する。原稿面からの反射光は、第１キャリッジ３３に含まれる第１ミラーにより第２キャリッジ３４に向けて反射され、第２キャリッジ３４に含まれるミラーで反射される。そして、原稿面からの反射光は、結像レンズ３５により読取りセンサであるＣＣＤ（Charge Coupled Device）３６の撮像面上で結像させられる。ＣＣＤ３６は原稿面の像を撮像し、ＣＣＤ３６により撮像された画像信号に基づいてＹ、Ｍ、Ｃ、ＢＫの各色の画像データが生成される。

また、画像形成装置１００は、「プリント」のスタートボタンが押された時や、ＰＣ（Personal Computer）等の外部装置から画像形成の指示があった時、ＦＡＸ（Facsimile）の出力指示があった時には、中間転写ベルト１０の回動駆動を開始させるとともに、作像部２０の各ユニットの作像準備を行う。

その後、画像形成装置１００は、各色の作像プロセスを開始する。各色用の感光体ドラム４０に各色の画像データに基づいて変調されたレーザが照射され、静電潜像が形成される。そして、静電潜像が現像された各色のトナー像が、中間転写ベルト１０上に、一枚の画像として重ね合わされて形成される。

その後、中間転写ベルト１０上のトナー画像の先端が２次転写ユニット２２に進入するタイミングで、用紙Ｐの先端が２次転写ユニット２２に進入するように、タイミングをはかって用紙Ｐが２次転写ユニット２２に送り込まれる。そして、２次転写ユニット２２により、中間転写ベルト１０上のトナー像が用紙Ｐに二次転写される。トナー像が二次転写された用紙Ｐは、定着ユニット２５に送り込まれ、トナー像が用紙Ｐに定着される。

ここで、二次転写位置までの用紙Ｐの給紙について説明する。用紙Ｐは、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２のうちの１つが回転駆動することで、給紙ユニット４３に多段に備えられた給紙トレイ４４のうちの１つから繰り出される。その後、分離ローラ４５で１枚だけ分離され、搬送コロユニット４６に進入し、搬送ローラ４７により搬送される。その後、画像形成装置１００内の搬送コロユニット４８に導かれ、搬送コロユニット４８のレジストローラ４９に突き当てられて一時停止された後、上述したように、２次転写のタイミングに合わせて２次転写ユニット２２に向けて送り出される。

また、ユーザが手差しトレイ５１に用紙Ｐを差し込んで給紙することもできる。ユーザが手差しトレイ５１に用紙Ｐを差し込んだ場合には、画像形成装置１００は、給紙ローラ５０を回転駆動して手差しトレイ５１上の用紙Ｐの一枚を分離して手差し給紙路５３に引き込む。そして、上述したものと同様に、レジストローラ４９に突き当てて一旦停止させてから、上述した２次転写のタイミングに合わせて２次転写ユニット２２に送り出す。

定着ユニット２５で定着されて排出された用紙Ｐは、切換爪５５で排出ローラ５６に案内され、排出ローラ５６により排出されて、排紙トレイ５７上にスタックされる。或いは、切換爪５５でシート反転ユニット２８に案内され、シート反転ユニット２８により反転されて再び二次転写位置に導かれる。その後、用紙Ｐの裏面にも画像が形成された後、排出ローラ５６により排紙トレイ５７上に排出される。

一方、画像転写後の中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーは、中間転写体クリーニングユニット１７で除去され、再度の画像形成に備えられる。

画像形成装置１００は、このようにして、用紙Ｐにカラー画像を形成することができる。

＜作像部２０の構成例＞
次に、画像形成装置１００における作像部２０の構成について、図２を用いて説明する。

図２は、作像部２０の構成の一例を示す図であり、各色の作像部のうちの１つの構成例を示している。上述したように、その他の３色の作像部は、使用するトナーの色が異なる点を除き、同様の構成であるため、図示と説明を省略し、１つの作像部のみを説明する。

作像部２０は、感光体ドラム４０と、帯電ローラ１８と、現像器２９と、クリーニングブレード１３と、除電器１９と、一次転写ローラ６２とを備える。帯電ローラ１８には帯電用高圧電源１８１が電気的に接続され、一次転写ローラ６２には転写用高圧電源６２１が電気的に接続されている。

像担持体の一例としての感光体ドラム４０は、負帯電性の有機感光体であり、ドラム状導電性支持体上に感光層等を設けたものである。感光体ドラム４０は、基層としての導電性支持体上に、絶縁層である下引き層、感光層としての電荷発生層及び電荷輸送層、保護層、すなわち表面層が順次積層されている。感光体ドラム４０の導電性支持体には、体積抵抗が１０１０Ωｃｍ以下の導電性材料等を用いることができる。

帯電ローラ１８は、導電性芯金の外周に中抵抗の弾性層を被覆してなるローラ部材である。帯電用高圧電源１８１から所定の電圧が印加され、帯電ローラ１８に対向する感光体ドラム４０の表面を一様に帯電する。帯電ローラ１８の汚れを除去するクリーニングローラを、帯電ローラ１８に接触させて設けた構成としてもよい。

帯電ローラ１８と感光体ドラム４０との間には微小な空隙が設けられ、帯電ローラ１８は感光体ドラム４０に対し非接触な状態で配置されている。このような状態で感光体ドラム４０を帯電させる帯電方式は、非接触帯電方式と称される。

非接触帯電方式は、帯電ローラ１８と感光体ドラム４０を接触させて帯電させる接触帯電方式に比べ、感光体ドラム４０上に残留するトナーや潤滑剤などの異物が帯電ローラ１８に付着し難いため、異物の付着による帯電ムラを抑えることができる。但し、実施形態は、非接触帯電方式に限定されるものではなく、接触帯電方式に適用しても良い。帯電用高圧電源１８１は、帯電ローラ１８に帯電バイアスを印加する。

現像器２９は、感光体ドラム４０に対向する現像ローラ２９ａを有している。現像ローラ２９ａは、内部に固設されてローラ周面に磁極を形成するマグネットと、マグネットの周囲を回転するスリーブとを備える。マグネットによって現像ローラ２９ａ上に複数の磁極が形成されて、現像ローラ２９ａ上に現像剤が担持される。

クリーニングブレード１３は、感光体ドラム４０表面に付着する未転写トナー等の付着物を機械的に掻き取る。クリーニングブレード１３は、ウレタンゴム等のゴム材料からなり略板状に形成されたブレード状部材であり、感光体ドラム４０表面に所定角度かつ所定圧力で当接している。

除電器１９は、トナー像が転写された後に、感光体ドラム４０表面の電荷を除去する。

帯電ローラ１８で一様に帯電された感光体ドラム４０は、画像データに応じて光ビーム走査部２１による光ビームで露光される。感光体ドラム４０表面には静電潜像が形成される。現像器２９は、感光体ドラム４０表面に形成された静電潜像に、トナーを付着させる。これにより感光体ドラム４０表面にトナー像が現像される。

転写用高圧電源６２１で生成された電圧が一次転写ローラ６２に印加されることで、感光体ドラム４０表面のトナー像は、中間転写ベルト１０に転写される。中間転写ベルト１０のトナー像は、二次転写ユニット２２で用紙Ｐに転写され、定着ユニット２５で用紙Ｐに定着される。感光体ドラム表面の残トナー等は、クリーニングブレード１３で除去される。また、感光体ドラム４０表面の電荷は、除電器１９により除去される。

＜画像形成装置１００のハードウェア構成例＞
次に、画像形成装置１００のハードウェア構成について説明する。図３は、画像形成装置１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

図３に示すように、画像形成装置１００は、コントローラ９１０と、近距離通信回路９２０と、エンジン制御部９３０と、操作パネル９４０と、ネットワークＩ／Ｆ９５０と、制御基板９６０とを備える。

これらのうち、コントローラ９１０は、コンピュータの主要部であるＣＰＵ９０１と、システムメモリ（ＭＥＭ−Ｐ）９０２と、ノースブリッジ（ＮＢ）９０３と、サウスブリッジ（ＳＢ）９０４と、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)９０６と、記憶部であるローカルメモリ（ＭＥＭ−Ｃ）９０７と、ＨＤＤコントローラ９０８と、記憶部であるＨＤ９０９とを備える。また、ＮＢ９０３とＡＳＩＣ９０６との間をＡＧＰ（Accelerated Graphics Port）バス９２１で接続した構成となっている。

これらのうち、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９０１は、画像形成装置１００の全体制御を行う制御部である。ＮＢ９０３は、ＣＰＵ９０１と、ＭＥＭ−Ｐ９０２、ＳＢ９０４、及びＡＧＰバス９２１とを接続するためのブリッジであり、ＭＥＭ−Ｐ９０２に対する読み書きなどを制御するメモリコントローラと、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）マスタ及びＡＧＰターゲットとを備える。

ＭＥＭ−Ｐ９０２は、コントローラ９１０の各機能を実現させるプログラムやデータの格納用メモリであるＲＯＭ（Read Only Memory）９０２ａ、プログラムやデータの展開、及びメモリ印刷時の描画用メモリなどとして用いるＲＡＭ（Random Access Memory）９０２ｂとからなる。

なお、ＲＡＭ９０２ｂに記憶されているプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成しても良い。

ＳＢ９０４は、ＮＢ９０３とＰＣＩデバイス、周辺デバイスとを接続するためのブリッジである。ＡＳＩＣ９０６は、画像処理用のハードウェア要素を有する画像処理用途向けのＩＣ（Integrated Circuit）であり、ＡＧＰバス９２１、ＰＣＩバス９２２、ＨＤＤ９０８およびＭＥＭ−Ｃ９０７をそれぞれ接続するブリッジの役割を有する。

このＡＳＩＣ９０６は、ＰＣＩターゲットおよびＡＧＰマスタ、ＡＳＩＣ９０６の中核をなすアービタ（ＡＲＢ）、ＭＥＭ−Ｃ９０７を制御するメモリコントローラ、ハードウェアロジック等により画像データの回転などを行う複数のＤＭＡＣ（Direct Memory Access Controller）、並びに、スキャナ部９３１及びプリンタ部９３２との間でＰＣＩバス９２２を介したデータ転送を行うＰＣＩユニットとからなる。

なお、ＡＳＩＣ９０６には、ＵＳＢのインタフェースや、ＩＥＥＥ１３９４（Institute of Electrical and Electronics Engineers 1394）のインタフェースを接続するようにしても良い。

ＭＥＭ−Ｃ９０７は、コピー用画像バッファ及び符号バッファとして用いるローカルメモリである。ＨＤ９０９は、画像データの蓄積、印刷時に用いるフォントデータの蓄積、フォームの蓄積を行うためのストレージである。ＨＤ９０９は、ＣＰＵ９０１の制御にしたがってＨＤ９０９に対するデータの読出又は書込を制御する。

ＡＧＰバス９２１は、グラフィック処理を高速化するために提案されたグラフィックスアクセラレータカード用のバスインタフェースであり、ＭＥＭ−Ｐ９０２に高スループットで直接アクセスすることにより、グラフィックスアクセラレータカードを高速にすることができる。

また、近距離通信回路９２０には、近距離通信回路９２０ａが備わっている。近距離通信回路９２０は、ＮＦＣ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の通信回路である。

更に、エンジン制御部９３０は、スキャナ部９３１及びプリンタ部９３２によって構成されている。なお、図２で説明した作像部２０は、このプリンタ部９３２に含まれている。

操作パネル９４０は、現在の設定値や選択画面等を表示させ、操作者からの入力を受け付けるタッチパネル等のパネル表示部９４０ａ、並びに、濃度の設定条件などの画像形成に関する条件の設定値を受け付けるテンキー及びコピー開始指示を受け付けるスタートキー等からなる操作パネル９４０ｂを備えている。

コントローラ９１０は、画像形成装置１００全体の制御を行い、例えば、描画、通信、操作パネル９４０からの入力等を制御する。スキャナ部９３１又はプリンタ部９３２には、誤差拡散やガンマ変換などの画像処理部分が含まれている。

なお、画像形成装置１００は、操作パネル９４０のアプリケーション切り替えキーにより、ドキュメントボックス機能、コピー機能、プリンタ機能、およびファクシミリ機能を順次に切り替えて選択することが可能となる。

ドキュメントボックス機能の選択時にはドキュメントボックスモードとなり、コピー機能の選択時にはコピーモードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリンタモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。

また、ネットワークＩ／Ｆ９５０は、ネットワークを利用してデータ通信をするためのインタフェースである。近距離通信回路９２０及びネットワークＩ／Ｆ９５０は、ＰＣＩバス９２２を介して、ＡＳＩＣ９０６に電気的に接続されている。

制御基板９６０は、静電容量検出基板９７０を介して櫛歯状電極９８０に電気的に接続され、また透過型フォトインタラプタ９９０にも電気的に接続されている。制御基板９６０は、静電容量検出基板９７０に含まれる静電容量検出回路９７１が出力する静電容量の検出値に基づき、画像形成装置１００内に堆積されたトナーの堆積量を検出するための電気基板である。

また、制御基板９６０は、ＣＰＵ９６１と、ＲＯＭ９６２と、ＲＡＭ９６３と、出力Ｉ／Ｆ９６４とを備えている。ＣＰＵ９６１は、プロセッサであり、制御基板９６０の各部の動作及び処理を制御する。ＲＯＭ９６２は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＲＡＭ９６３は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ９６１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。出力Ｉ／Ｆ９６４は、制御基板９６０における処理結果を出力するインタフェースである。

なお、ＣＰＵ９６１が所定のプログラムを実行することで実現する機能を、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ（field programmable gate array）等で実現するように構成することもできる。

［第１実施形態］
＜制御基板９６０の機能構成＞
次に、画像形成装置１００に含まれる制御基板９６０の機能構成について説明する。

ここで、電子写真方式の画像形成装置では、装置内でのトナーの飛散により装置内が汚染されたり、飛散したトナーが装置内に堆積し、堆積したトナーの塊が感光体等の像担持体に落下して、画像形成された用紙である印刷物に点状の汚れ（ポチ汚れ）等の画像不良が生じたりする場合がある。

図４は、画像形成装置１００内でのトナーの堆積例を説明する図であり、画像形成装置１００内に設置された感光体ドラム４０と、現像ローラ２９ａと、現像ローラ２９ａ等を支持する支持部材２９１とを示す断面図である。

飛散したトナーは画像形成装置１００内の至る所に飛散して堆積するが、支持部材２９１における感光体ドラム４０と対向する部分である領域Ｄに堆積してある程度の塊になると、重力により感光体ドラム４０上に落下して印刷物にポチ汚れが発生する場合がある。

実施形態では、画像形成装置１００内におけるこのようなトナーの堆積量を検出し、検出結果に基づきポチ汚れ等の画像不良が発生すると判断された場合には、画像形成装置１００のメンテナンスを行うサービスマンに報知する等の対応を行う。

上述したように画像形成装置１００の内部における領域Ｄ（図４参照）は、ポチ汚れに直接結びつくトナー堆積領域であるため、この領域Ｄにおけるトナー堆積量を検出すると好適である。

図５は、画像形成装置１００に備えられた制御基板９６０の機能構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、制御基板９６０は、異常検知部９６５と、トナー堆積量検出部９６６と、出力部９６７とを備えている。

これらのうち、異常検知部９６５及びトナー堆積量検出部９６６の機能は、図３のＣＰＵ９６１が所定のプログラムを実行すること等により実現される。また出力部９６７の機能は、出力Ｉ／Ｆ９６４等により実現される。

異常検知部９６５は、画像形成装置１００の内部で、画像形成装置１００のカバー部に近接して設けられた透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧と、静電容量検出回路９７１が出力する静電容量の検出値とに基づき、静電容量検出回路９７１の異常を検知する機能を有する。異常検知部９６５は、異常の検知結果をトナー堆積量検出部９６６に出力する。

ここで、透過型フォトインタラプタ９９０は装置状態検知部の一例である。また、透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧は、画像形成装置１００におけるカバー部の開閉状態を示す信号であり、装置状態検知部の出力情報の一例である。

静電容量検出回路９７１が出力する静電容量は、作像部２０に対応するＰＣＤＵ２０ａに設けられた櫛歯状電極９８０における電極間の静電容量である。この櫛歯状電極９８０は電極の一例であり、静電容量検出回路９７１は静電容量検出部の一例である。

トナー堆積量検出部９６６は、静電容量検出回路９７１から入力した静電容量の検出値に基づき、画像形成装置１００の内部に堆積したトナー堆積量を検出する。また、トナー堆積量検出部９６６は、異常検知部９６５の検知結果に基づき、異常が検知されない場合の静電容量を用いて上記のトナー堆積量を検出できる。

出力部９６７は、トナー堆積量検出部９６６による検出結果を、コントローラ９１０のネットワークＩ／Ｆ９５０（図３参照）等を介して、画像形成装置１００のメンテナンスを行うサービスマンに報知する。但し、出力部９６７の機能は、このような報知機能に限定されるものではない。画像形成装置１００の操作パネル９４０に出力してパネル表示部９４０ａに表示してもよいし、ネットワークＩ／Ｆ９５０を介してＰＣ（Personal Computer）やサーバー等の外部装置に出力してもよい。また、ＨＤ９０９に出力してＨＤ９０９に記憶させてもよい。

また、制御基板９６０の備える機能の一部又は全部を、コントローラ９１０が備えたり、ＰＣやサーバー等の外部装置が備えたり、これらが処理を分散して機能を実現したりすることもできる。

以下に各部の詳細について説明する。

＜櫛歯状電極９８０と透過型フォトインタラプタ９９０の構成、機能等の詳細＞
次に、画像形成装置１００の備える櫛歯状電極９８０と透過型フォトインタラプタ９９０の構成、機能及び画像形成装置１００への配置等について説明する。

まず図６は、櫛歯状電極９８０の構成の一例を示す図である。図６に示すように、櫛歯状電極９８０は、帯状電極群９８０ａ及び９８０ｂを備える。帯状電極群９８０ａ及び９８０ｂのそれぞれは、所定の間隔で並設されて一端部が接続された複数の帯状の電極を備えている。帯状電極群９８０ａ及び９８０ｂは、互いに間挿し合うように対向配置されて、櫛歯状電極９８０を構成している。このような櫛歯状電極９８０は、絶縁基板をフォトリソグラフィ技術で加工すること等により製作することができる。

櫛歯状電極９８０の上にトナーが堆積すると、トナー堆積量に応じて電気抵抗が変化して、帯状電極群９８０ａと帯状電極群９８０ｂとの間に蓄積された静電容量が変化する。そのため、帯状電極群９８０ａと帯状電極群９８０ｂとの間の静電容量を静電容量検出基板９７０で検出することで、トナー堆積量を検出することができる。

次に図７は、トナー堆積量と静電容量との関係を例示する図であり、（ａ）は画像形成装置１００による印刷枚数と領域Ｄでのトナー堆積量との関係を示す図、（ｂ）は画像形成装置１００による印刷枚数と櫛歯状電極上のトナー堆積量との関係を示す図、（ｃ）は櫛歯状電極上のトナー堆積量と静電容量検出値との関係を示す図である。

図７（ａ）に示すように、画像形成装置１００による印刷枚数が増えるにつれ、領域Ｄにおけるトナー堆積量は線形に変化する。また、画像形成装置１００の内部における領域毎で、印刷枚数に伴うトナー堆積量の増加の傾向は異なるが、図７（ｂ）に示すように、櫛歯状電極９８０が配置された領域でも、印刷枚数に応じて櫛歯状電極９８０上へのトナー堆積量は線形に変化する。そして図７（ｃ）に示すように、櫛歯状電極９８０上へのトナー堆積量に応じて、櫛歯状電極９８０における電極間の静電容量の静電容量検出基板９７０による検出値が線形に変化する。

従って、領域Ｄと櫛歯状電極９８０の配置領域との間でのトナー堆積量の関係を予め把握しておくことで、静電容量検出基板９７０による静電容量検出値に基づき、領域Ｄでのトナー堆積量を検出することができる。

但し、櫛歯状電極９８０や、櫛歯状電極９８０と静電容量検出回路９７１を接続するハーネス、静電容量検出回路９７１に異常が生じたり、画像形成装置１００のメンテナンス等で装置内の気流が変化して印刷枚数に伴うトナー堆積量の傾向が変化したりすると、静電容量に基づくトナー堆積量の検出を正確に行えなくなる場合がある。

図８は、このような画像形成装置１００の異常と静電容量の検出値への影響の関係の一例を示す図である。図８の最も左側の列は、画像形成装置１００の異常の内容を示し、その右側の３つの列は、静電容量検出値への影響を示している。

静電容量検出値への影響の３つの列のうちの最も左側の「Ａ」は、静電容量の検出値がゼロ又は明らかな異常値である場合を示し、その右側の「Ｂ」は、静電容量の検出値がトナー堆積量としてあり得る範囲で増減している場合を示している。また、そのさらに右側の「Ｃ」は、静電容量の検出値が変化しなくなる場合（トナーの飛散や堆積が見かけ上で止まる場合）を示している。

これらのうち、「Ａ」の場合には、画像形成装置１００における「異常内容」列に示した事項に何らかの故障が生じていることが容易に判断できる。「Ｂ」の場合には、例えば横軸を印刷枚数、縦軸を静電容量としたグラフを微分し、急峻な変化量を検出すること等により、故障を判断可能である。

しかし、「Ｃ」の場合には、実際にトナーが堆積しなくなったのか、又は画像形成装置１００に異常が生じたのかを判断できない場合がある。

そのため、実施形態では、透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧と、静電容量検出回路９７１の出力する静電容量の検出値とを用いて、実際にトナーが堆積しなくなったのか、又は装置に異常が生じたかのを判断する。

ここで、図９は、櫛歯状電極９８０と透過型フォトインタラプタ９９０の画像形成装置１００への配置の一例を示す図である。

櫛歯状電極９８０は、領域Ｄにおけるトナー堆積量に対してトナー堆積量の相関がある領域に設置されている。櫛歯状電極９８０の静電容量の検出値に基づき、領域Ｄにおけるトナー堆積量が検出される。

また、透過型フォトインタラプタ９９０は、画像形成装置１００のカバー部の開閉状態を検知可能な領域であって、櫛歯状電極９８０におけるトナー堆積量に対してトナー堆積量の相関がある領域に設置されている。

次に図１０は、透過型フォトインタラプタ９９０を説明するであり、（ａ）は透過型フォトインタラプタ９９０の構成の一例を示す図、（ｂ）はトナー堆積量と透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧との関係の一例を示す図である。

図１０（ａ）に示すように、透過型フォトインタラプタ９９０は、発光素子９９１と、受光素子９９２とを備える光学センサである。

発光素子９９１は受光素子９９２に向けて光Ｌを照射する。また受光素子９９２は発光素子９９１からの光を受光して光強度に応じた電気信号を出力する。

ここで、発光素子９９１と受光素子９９２との間に、画像形成装置１００のカバー部が介在すると、光Ｌはカバー部に遮られて受光素子９９２に到達しなくなり、受光素子９９２は、光Ｌを受光しない状態での電圧を出力する。この出力電圧に基づき、カバー部が閉じた状態が検知される。

一方、発光素子９９１と受光素子９９２との間に、画像形成装置１００のカバー部が介在しないと、光Ｌはカバー部に遮られることなく受光素子９９２に到達し、受光素子９９２は、受光した光Ｌの光強度に応じた電圧を出力する。この出力電圧に基づき、カバー部が開いた状態が検知される。

このようにして、透過型フォトインタラプタ９９０は、画像形成装置１００におけるカバー部の開閉状態を検知できる。

ここで、画像形成装置１００の内部でトナーが飛散すると、飛散したトナーは画像形成装置１００の内部の至る所に堆積するため、画像形成装置１００の内部に設けられた透過型フォトインタラプタ９９０上にもトナーは堆積する。

透過型フォトインタラプタ９９０の発光素子９９１又は受光素子９９２の少なくとも一方にトナーが堆積すると、堆積したトナーが発光素子９９１の発光する光又は受光素子９９２の受光する光の少なくとも一方を部分的に遮る。これにより、受光素子９９２の受光する光強度が低下し、受光素子９９２の出力電圧が低下する。トナー堆積量が多いほど、堆積したトナーが遮る部分の面積が大きくなるため、受光素子９９２の出力電圧も低くなる。

これを利用して、透過型フォトインタラプタ９９０は、その出力電圧によりトナー堆積量に応じた情報を提供できる。換言すると、透過型フォトインタラプタ９９０は、カバー部の開閉状態を検知する機能に加えて、トナー堆積量に応じた情報を提供する機能も兼備する。

図１０（ａ）における堆積トナーＴは、発光素子９９１と受光素子９９２のそれぞれに堆積したトナーを表している。発光素子９９１及び受光素子９９２へのトナー堆積量に応じて、光Ｌのうちのトナーに遮られる光量が大きくなるため、受光素子９９２の出力電圧は低下する。

図１０（ｂ）の横軸は、透過型フォトインタラプタ９９０へのトナー堆積量を示し、縦軸は透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧を示している。図１０（ｂ）に示すように、透過型フォトインタラプタ９９０へのトナー堆積量と透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧には相関がある。

但し、透過型フォトインタラプタ９９０は、発光素子９９１の発光光量や受光素子９９２の受光感度のばらつきにより、出力電圧のばらつきが大きくなる場合がある。図１０（ｂ）における直線１０１はトナー堆積量に対する出力電圧の最大値を示し、直線１０２はトナー堆積量に対する出力電圧の最小値を示し、直線１０３はトナー堆積量に対する出力電圧の代表値を示している。

このような出力電圧のばらつきがあるため、透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧からトナー堆積量を検出することは困難である。しかしトナーが堆積しなくなったのか、又は装置に異常が生じたのかを判断する異常検知のためには、この透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧を利用できる。

図１１は、異常検知部９６５による異常検知方法の一例を説明する図であり、（ａ）は印刷枚数と静電容量の検出値の関係を示す図、（ｂ）は印刷枚数と透過型フォトインタラプタの出力電圧の関係を示す図である。

図１１（ａ）は、画像形成装置１００による印刷枚数が２０ｋ枚に達した後、静電容量検出回路９７１等に異常が発生し、静電容量の検出値が変化しなくなった場合を示している。なお、２０ｋ枚における「ｋ」は１０００枚を表し、２０ｋ枚は２００００枚に該当する。以下で示す用語の「ｋ」でも同様の意味である。

一方、図１１（ｂ）は、画像形成装置１００による印刷枚数が２０ｋ枚に達した後でも透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧は線形に増加している。

従って、静電容量の検出値と透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧の両方を用いることで、異常検知部９６５は、静電容量の検出値が変化しなくなった場合に、トナーが堆積しなくなったのか、又は装置に異常が生じたのかを判断することができる。

＜制御基板９６０による処理例＞
次に、制御基板９６０による処理について、図１２を参照して説明する。図１２は、制御基板９６０による処理の一例を示すフローチャートである。

制御基板９６０による処理は、ノイズの影響を避けるため、画像形成装置１００が印刷動作を行っていない待機状態で実行されることが好適である。

そのため、制御基板９６０による処理では、まずステップＳ１２１において、異常検知部９６５は、画像形成装置１００が待機状態であるか否かを判定する。

ステップＳ１２１で画像形成装置１００が待機状態でないと判定された場合は（ステップＳ１２１、Ｎｏ）、ステップＳ１２１の処理が再度行われる。

一方、ステップＳ１２１で待機状態であると判定された場合は（ステップＳ１２１、Ｙｅｓ）、ステップＳ１２２において、異常検知部９６５は、静電容量検出回路９７１が出力する静電容量の検出値を入力して取得する。

続いて、ステップＳ１２３において、異常検知部９６５は、静電容量の検出値が予め定めた閾値以下であるか否かを判定する。

ステップS１２３で静電容量の検出値が予め定めた閾値以下であると判定された場合は（ステップS１２３、Ｙｅｓ）、ステップＳ１２４において、異常検知部９６５は、印刷枚数が１ｋ枚前の時の静電容量の検出値に対して現在の検出値が増加したか否かを判定する。

ここで、静電容量の検出値は、画像形成装置１００が印刷を行うたびに、ＰＣＩバス９２２を介してコントローラ９１０のＨＤ９０９に格納される。異常検知部９６５は、ＨＤ９０９を参照して１ｋ印刷前の静電容量の検出値を取得できる。この印刷枚数が１ｋ枚前の時の静電容量の検出値は、過去の静電容量の検出値の一例である。また１ｋ枚は一例であり、設定により増減可能である。なお、１ｋ枚より前の静電容量の検出値は、印刷を行うたびに消去される。

ステップＳ１２４で検出値が増加したと判定された場合は（ステップＳ１２４、Ｙｅｓ）、ステップＳ１２５において、トナー堆積量検出部９６６は、静電容量検出回路９７１から入力した静電容量の検出値に基づき、画像形成装置１００の内部に堆積したトナー堆積量を検出し、出力部９６７を介してトナー堆積量の検出値をＨＤ９０９に出力して記憶させる。なお、トナー堆積量検出部９６６は、出力部９６７を介してトナー堆積量の検出値をサービスマン等に報知するようにしてもよい。その後、処理は終了する。

一方、ステップＳ１２４で検出値が増加していないと判定された場合は（ステップＳ１２４、Ｎｏ）、ステップＳ１２６において、異常検知部９６５は、透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧値を取得する。

続いて、ステップＳ１２７において、異常検知部９６５は、印刷枚数が１ｋ枚前の時の透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧値に対して、現在の出力電圧値が増加したか否かを判定する。

ここで、透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧値は、画像形成装置１００が印刷を行うたびに、ＰＣＩバス９２２を介してコントローラ９１０のＨＤ９０９に格納される。異常検知部９６５は、ＨＤ９０９を参照して１ｋ印刷前の出力電圧値を取得できる。この印刷枚数が１ｋ枚前の時の出力電圧値は、過去の出力電圧の一例である。１ｋ枚より前の出力電圧値は、印刷を行うたびに消去される。

ステップＳ１２７で出力電圧値が増加したと判定された場合は（ステップＳ１２７、Ｙｅｓ）、ステップＳ１２８において、異常検知部９６５は、画像形成装置１００に異常が発生したと判断し、その後、処理は終了する。なお、異常検知部９６５は、出力部９６７を介してこの異常をサービスマン等に報知するようにしてもよい。

一方、ステップＳ１２７で出力電圧値が増加していないと判定された場合は（ステップＳ１２７、Ｎｏ）、ステップＳ１２９において、異常検知部９６５は、実際にトナー堆積量が変化していない、つまり画像形成装置１００に異常が発生していないと判断する。その後、ステップＳ１２５に移行する。

また、ステップＳ１２３に戻り、ステップＳ１２３で静電容量の検出値は閾値以下でないと判定された場合は（ステップＳ１２３、Ｎｏ）、ステップＳ１３０において、異常検知部９６５は、ポチ汚れが発生したと判断する。

続いて、ステップＳ１３１において、異常検知部９６５は、出力部９６７を介してポチ汚れが発生したことをサービスマンに報知する。その後、処理は終了する。

このようにして、制御基板９６０はトナー堆積量を検出し、ポチ汚れが発生した場合等には、その旨をサービスマン等に報知することができる。

＜画像形成装置１００の作用効果＞
実施形態では、画像形成装置１００内に設けられた櫛歯状電極９８０の電極間の静電容量を検出する静電容量検出回路９７１と、画像形成装置１００の状態を検知する透過型フォトインタラプタ９９０とを備え、静電容量と透過型フォトインタラプタ９９０の出力電圧とに基づき画像形成装置１００の異常を検知する。この異常が検知されない場合の上記の静電容量に基づき、トナー堆積量を検出する。

これにより、静電容量の検出値がトナー堆積量によるものか、又は画像形成装置１００の異常によるものかを見分け、異常が検知されない場合の静電容量を用いることで、画像形成装置１００内のトナー堆積量を適切に検出することができる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、透過型フォトインタラプタ９９０が検知する装置の状態が画像形成装置１００のカバー部の開閉状態である例を説明したが、これに限定されるものではない。透過型フォトインタラプタ９９０は、画像形成装置１００に着脱可能に設けられるＰＣＤＵ等の部材の着脱を検知することもできる。

この場合は、透過型フォトインタラプタ９９０の発光素子９９１からの光Ｌが上記部材の一部に遮られて受光素子９９２で受光されない場合に、受光素子９９２の出力電圧に基づき部材が装着されていることが検知される。一方、透過型フォトインタラプタ９９０の発光素子９９１からの光Ｌが画像形成装置１００の部材の一部に遮られず、受光素子９９２で受光される場合に、受光素子９９２の出力電圧に基づき部材が取り外されていることが検知される。

また、装置状態検知部は、透過型フォトインタラプタ９９０に限定されるものではない。発光素子と、発光素子からの光の検知対象からの反射光を受光して光強度に応じた電気信号を出力する受光素子とを備える反射型光学センサ等を用いることもできる。

これらの場合にも、静電容量の検出値がトナー堆積量によるものか、又は画像形成装置１００の異常によるものかを見分け、異常が検知されない場合の静電容量を用いることで、画像形成装置１００内のトナー堆積量を適切に検出することができる。

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上記で説明した実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC（Application Specific Integrated Circuit）、DSP（digital signal processor）、FPGA（field programmable gate array）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

２９ａ 現像ローラ
４０ 感光体ドラム
１００ 画像形成装置
９１０ コントローラ
９６０ 制御基板
９６１ ＣＰＵ
９６２ ＲＯＭ
９６３ ＲＡＭ
９６４ 出力Ｉ／Ｆ
９６５ 異常検知部
９６６ トナー堆積量検出部
９６７ 出力部
９７０ 静電容量検出基板
９７１ 静電容量検出回路（静電容量検出部の一例）
９８０ 櫛歯状電極（電極の一例）
９９０ 透過型フォトインタラプタ（装置状態検知部の一例）
９９１ 発光素子
９９２ 受光素子
Ｐ 用紙（記録媒体の一例）
Ｄ 領域

特開２０１６−７１２９９号公報

Claims (7)

1. トナーによる画像を形成する画像形成装置であって、
   少なくとも２つの電極と、
   前記電極間の静電容量を検出する静電容量検出部と、
   前記画像形成装置の状態を検知する装置状態検知部と、
   前記静電容量と、前記装置状態検知部の出力情報と、に基づき前記画像形成装置の異常を検知する異常検知部と、
   前記異常が検知されない場合の前記静電容量に基づき、トナー堆積量を検出するトナー堆積量検出部と、を備える
   画像形成装置。
2. 前記装置状態検知部の出力情報は、前記トナー堆積量に応じた情報である
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記装置状態検知部は、前記画像形成装置におけるカバー部の開閉状態、又は前記画像形成装置に着脱可能に設けられる部材の着脱状態の少なくとも何れか一方を検知する
   請求項１、又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記異常検知部は、現在と過去の前記静電容量の差と、現在と過去の前記装置状態検知部の出力情報の差と、に基づき、前記異常を検知する
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記電極は、櫛歯状電極である
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記装置状態検知部は、前記画像形成装置の内部に設けられた透過型フォトインタラプタを含む
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記装置状態検知部は、前記画像形成装置の内部に設けられた反射型光学センサを含む
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。

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